可穿戴传感器进展、挑战和发展趋势

 可穿戴传感器是近年来高速发展的传感器技术。其功能、原理和形态各异,并已经广泛应用于国民生活和生产的多个方面。本文结合大量商业化和处于研究阶段的可穿戴产品和器件,简述了可穿戴传感器的主要形式,列举了可穿戴设备的常用测量方法。根据可穿戴传感器及人体的接触方式,将其划分为皮肤接触式传感器、非直接接触式传感器和植入式传感器,结合现有商业化产品及实验室中研究成果,展示了现今可穿戴设备在日常健康、医疗、运动科学、工业和军事等方面的广泛应用。认为可穿戴传感器技术将会在未来同大数据与精准医疗实现更高程度的结合,更好地服务于长期动态的人体信息和环境信息的采集。     

封面图片说明:典型的可穿戴电子产品&新兴的可穿戴电子技术

 可穿戴传感器种类繁多,形态各异,如智能眼镜、耳蜗植入系统、植入式心脏起搏器、智能药片、智能贴片、智能手表、智能服装、智能鞋垫、连续无创血糖监测技术、人工皮肤及表皮传感器技术、传感器无线能量传感技术、可穿戴式环境监测传感器技术等。对于其形式、功能、面临的挑战和发展趋势进行总结对产业的发展和技术的开发有一定的指导作用。结合商业化可穿戴产品和实验室中的在研技术,简述了可穿戴传感器的主要形式,列举了可穿戴设备的常用测量方法和与人体常用接触形式,展示了可穿戴传感器技术在健康管理、医疗、运动科学、工业和军事等方面的广泛应用。     

生命不止,能量不息——植入式摩擦纳米发电机的研究与应用

 2012年,研究人员提出了一种将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机（TENG）,该技术近年来得到了飞速发展,实现了对人体运动能、风能、声波能、海洋能等各种机械能的收集。其中植入式摩擦纳米发电机（iTENG）可将生物体内的心跳、呼吸肌运动等生物机械能转化为电能并驱动有源植入式医疗器件,可显著提高可植入式医疗器件的使用寿命,在未来植入式医疗行业中有着潜在的应用前景。本文综述了iTENG的结构、工作原理、输出性能及其在有源植入式医疗器件供能应用等方面的最新研究进展,并在此基础上进一步分析iTENG应用到临床治疗所面临的挑战。     

浅析可穿戴式治疗系统

移动医疗是正在兴起的医学模式。可穿戴式治疗系统作为实现移动医疗的一种重要方式,其发展还处于初级阶段,但随着相关部件的微型化、集成化、智能化,以及治疗机理的不断发现及丰富,各种治疗系统将可能被穿戴于患者身上,承担随时随地的治疗任务,从而开创临床治疗及先进医疗仪器工业的新局面。本文集中论述了这类治疗设备的可穿戴设计思想,简要介绍了近年来蓬勃发展的可穿戴式检测系统,进而对多类可发展成可穿戴器械的治疗方案进行了剖析,最后归纳出各种可能的可穿戴治疗设备的机理和实现方法,并对可穿戴式治疗系统的发展前景进行了展望。     

肿瘤标志物的最新研究技术及其临床检测方法

肿瘤标志物已被广泛应用于肿瘤的临床诊断、分期、监测疗效和预后等方面.通过对肿瘤标志物的研究技术和临床检测方法进行详细介绍,可提高分子诊断及应用临床联合检测技术,能帮助肿瘤患者早期确诊和有效治疗.     

穿戴式外骨骼康复辅具临床应用现状分析

 穿戴式外骨骼康复辅具是一种可穿戴于人体上的智能化生机电控制系统,该系统通过外骨骼与人体肢体间力-位移的交互实现人机动作的耦合,可辅助人体实现某些特定功能,在临床康复治疗领域具有重要应用前景。上肢外骨骼和下肢外骨骼是目前常见的穿戴式外骨骼。上肢外骨骼包括肩肘手臂外骨骼和手指外骨骼,在康复训练中主要应用于中风后患者肩肘关节及腕手关节运动功能的康复训练。下肢外骨骼能够辅助下肢麻痹患者完成站立及运动,在下肢运动功能的康复治疗方面具有巨大的应用潜力。本文综述了目前常见的穿戴式外骨骼康复辅具的特点及其临床应用现状,并总结了目前国内外可穿戴外骨骼的研究进展。     

不同步态分析系统在骨性关节炎中的应用进展

 概述了目前临床应用的3种步态分析技术：压力传感技术（足底压力系统）、计算机视觉技术（有标记的步态分析系统和无标记的步态分析系统）和可穿戴技术（可穿戴式传感器系统）。分析了不同步态分析系统的测量原理、实验方式及临床应用的优劣势等方面。分析表明计算机视觉技术设备运行复杂,对专业要求高,不利于非专业人员进行操作;可穿戴惯性传感系统技术可以构建个人化、智能化与舒适性的随身穿戴设备,具有突出的技术优势和广泛的应用前景,是今后医学预防领域和医疗保障的重要发展方向。     

可穿戴技术应用于术后监控和康复的现状分析

 术后健康监控过程能够保障在生命体征出现异常情况时可以进行及时处理,同时术后康复训练及效果评估也需要有效的工具进行支持,可穿戴技术的出现和发展,为这些需求的实现提供了相应的技术保障。本文利用国内外学术数据库,对可穿戴技术在术后监控、术后康复训练方面的研究和应用相关文献进行了收集和整理,综述了可穿戴技术在各类外科领域的应用情况,包括基本功能、技术原理、使用方法及对其进行效果评价。结果表明,可穿戴技术在术后的应用已涉及显微外科、矫形外科、普通外科、心胸外科、神经外科等外科方向,但其应用尚处于研究探索阶段。未来需要更多关于可穿戴技术用于术后健康监控和康复训练评估的可行方法和临床验证工作的研究,以使它真正满足病人术后在医院和家庭进行健康监控和康复训练的需要。     

新一代长效运动定位轨迹记录智能手环研究

正0引言近年来智能可穿戴设备已经兴起。可穿戴技术主要是指用户能戴在身上的电子设备或产品,即可以在日常活动或工作中整合计算特性,采用具有一定实用功能和特点的,可直接穿戴的仪器、设备,或是与用户衣服或配件设备相整合的可佩戴仪器、设备。随着社会技术的不断发展,未来的智能可穿戴设备将会改变我们的生活方式。智能手环是可穿戴式智能设备中     

可穿戴设备在医疗健康领域的应用研究

医疗健康是关系到人们生活的大问题。随着经济的发展,医疗健康领域将迎来新一轮的重大变革。随着医疗健康领域的持续进步,可穿戴设备的出现,海量的数据覆盖了人们生活的各个方面,可以有效监测患者的健康状况。可穿戴设备是随着现代科学技术的持续进步而产生的产品,为国民健康的发展带来新的可能性。但是,可穿戴设备在开发过程中也面临着问题,受到整个技术开发状况的限制,如缺乏公众信任、价格高昂、信息不准确等。基于此,可穿戴设备要解决数据采集、数据处理、数据分析等问题。当可穿戴设备在医疗健康领域的应用,医院、数据和可穿戴设备将进行整合,促进人们保持身体健康。本文介绍了可穿戴设备在健康护理领域的应用研究。     

为普适健康而生的躯感网及其信息安全

 由人体生物传感器构成的躯感网是物联网在医疗健康领域的主要表现。本文从健康信息化国家战略出发,阐述躯感网技术及应用对健康信息化发展的重要意义,从通信技术层面分析了躯感网技术的发展现状及未来趋势,并重点论述了健康数据的安全及隐私保护机制。     

Recent advances of flexible sensors for biomedical applications

Ultrathin, soft, flexible and stretchable sensors offer good opportunity to design personal health diagnosis and treatment systems by fabricating wearable biomedical devices for continuous health monitoring and preventive medicine. This paper summarizes the recent advances of flexible sensors for next generation biomedical applications. Materials used for flexible sensors are first briefly introduced. Followed to this part, the latest developments of flexible sensors for biomedical applications are discussed in detail, including flexible sensors for skin-attached devices and implantable devices. Finally, the challenges and future research directions of flexible sensors are also discussed in the development of biomedical devices.     

Polyacrylonitrile/Graphene-Based Coaxial Fiber-Shaped Supercapacitors

Supercapacitors have huge potential applications in the field of wearable electronic devices, such as flexible displays, flexible biosensors and implantable multimedia devices, due to their high-power density, fast charge-discharge rates, long cycling life, and relatively simple configuration. In this paper, we demonstrated hierarchically porous and continuous reduced graphene oxide-polyacrylonitrile@polyacrylonitrile(rGO-PAN@PAN) coaxial fibers with certain strength, excellent electrochemical performance through coaxial wet spinning and thermal reduction. Coaxial fibers are carbonized at high temperature and have a graded porous structure with a conductivity of 1 703 S/m. The areal specific capacitance of the supercapacitor assembled by polyvinyl alcohol/sulfuric acid(PVA/H_2SO_4) gel electrolyte is 11.56 mF/cm~2, and its energy density reaches 0.21 mW·h/cm~3, showing good electrochemical performance. Graphene-based coaxial fibers prepared by wet spinning have a great prospect of application in electronic devices due to their excellent properties.     

WAEAS:An Optimization Scheme of EAS Scheduler for Wearable Applications

The rapid development of wearable computing technologies has led to an increased involvement of wearable devices in the daily lives of people.The main power sources of wearable devices are batteries;so,researchers must ensure high performance while reducing power consumption and improving the battery life of wearable devices.The purpose of this study is to analyze the new features of an Energy-Aware Scheduler(EAS) in the Android 7.1.2 operating system and the scarcity of EAS schedulers in wearable application scenarios.Also,the paper proposed an optimization scheme of EAS scheduler for wearable applications(Wearable-Application-optimized Energy-Aware Scheduler(WAEAS)).This scheme improves the accuracy of task workload prediction,the energy efficiency of central processing unit core selection,and the load balancing.The experimental results presented in this paper have verified the effectiveness of a WAEAS scheduler.     

Inertial Motion Tracking on Mobile and Wearable Devices:Recent Advancements and Challenges

Motion tracking via Inertial Measurement Units(IMUs) on mobile and wearable devices has attracted significant interest in recent years. High-accuracy IMU-tracking can be applied in various applications, such as indoor navigation, gesture recognition, text input, etc. Many efforts have been devoted to improving IMU-based motion tracking in the last two decades, from early calibration techniques on ships or airplanes, to recent arm motion models used on wearable smart devices. In this paper, we present a comprehensive survey on IMU-tracking techniques on mobile and wearable devices. We also reveal the key challenges in IMU-based motion tracking on mobile and wearable devices and possible directions to address these challenges.     

可穿戴式医疗芯片研究进展

 医疗芯片的研发需要借助微电子学与生物医学领域的结合。作为医疗芯片的重要组成部分,可穿戴式医疗芯片主要用于采集及处理关键生理信号,以此获得相应的生理信息,实时监控使用者的健康状况,实现对突发病症进行及时救治、对重大疾病的预防,降低死亡率。因此,可穿戴式医疗芯片将是现代以预防为主的新医疗体系的关键模块。本文基于可穿戴式的应用环境以及生理信号的特点,分析了对可穿戴式医疗芯片的设计要求,总结了实现可穿戴式医疗芯片的关键技术,包括低功耗、全集成、低噪声等;综述了可穿戴式医疗芯片的研究进展,包括用于处理心电、脑电、脉搏波、呼吸等重要生理信号的芯片及系统;展望了可穿戴式医疗芯片的未来。随着微电子、集成电路技术及生物医学的发展,可穿戴式医疗芯片将具有更多的功能、形式,满足人们在医疗与健康方面的更多需求。     

3D打印技术在植入式医疗器械中的应用

 随着医疗技术进步和人们健康意识的提升,以3D打印技术为基础制备的植入式医疗器械开始在人们生活中扮演重要角色,在个性化定制医疗中起到了至关重要的作用。本文综述了近年来3D打印技术在牙科、骨科、气血管支架、皮肤、药片和生物打印等植入式医疗器械领域的应用,总结了3D打印市场的发展进程,分析并描绘了3D打印技术在生物医学材料发展的中的地位和前景。